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气相防锈技术在汽车零部件海运中的应用
2018-03-06 13:43:40 来源: 作者:邢祥旭等 【 】 浏览:714次 评论:0

【摘 要】中国是世界上最大的汽车消费国和生产国,汽车及其零部件的进出口贸易量呈现出快速增长的趋势。随着汽车及其零部件进出口数量的不断攀升,海运成为汽车及其零部件进出口贸易的主要运输方式。但海上运输环境复杂多变,湿气、盐雾等因素都会直接引发锈蚀产生,另外还有一些隐性因素,诸如集装箱货柜码放在船上的不同位置、金属货品码放在集装箱内的不同位置、不同种类的包装材料、轮船晃动造成的包装破损等,同样会给锈蚀的发生创造条件,为汽车金属零部件的质量保证带来隐患。锈蚀不仅会影响金属零部件自身的使用性能,甚至会造成客户要求退货或赔偿等不良后果,给企业带来严重的经济损失,并给企业声誉带来负面影响。气相防锈是以VCI(Volatile Corrosion Inhibitor)气相锈蚀抑制剂为核心技术的一种高效环保的防锈方法。使用气相防锈产品包装金属零件后,防锈产品中的有效成分挥发至金属表面,甚至深入至装备元件的缝隙,形成一层分子量级的且肉眼不可见的防护膜,从而有效保护金属。气相防锈包装技术凭借其自身的独特优势,为海运中的汽车零部件提供可靠的防锈保障。

【关键词】:海洋运输;汽车行业;汽车零部件;集装箱;气相防锈技术;气相缓蚀剂;气相防锈产品


前言

全球汽车市场在2008年的经济危机中经历了剧变。在全球经济普遍低迷的背景下,中国经济的持续发展却强有力地推动了汽车产业的成长,中国一跃成为世界最大的汽车消费国和生产国,汽车的进出口贸易量也呈现出快速增长的趋势[1]。而随着汽车的进出口数量的不断攀升,海洋运输依靠其载运量大、运费低廉、对货物适应性强、特有的地理条件等优势,成为汽车进出口贸易的主要运输方式。然而海洋运输也有明显的不足之处:航速低、航期不稳定、易受自然条件和气候的影响等[2]。特别是在夏季高温高湿的环境下,强大的海风、潮湿的空气、浓重的盐雾、强烈的紫外线等种种不利因素常会使海运的金属货品产生锈蚀[3]。对于金属零部件制造业和汽车工业来讲,海洋运输像是一个神秘的“黑匣子”,锈蚀往往难以预测。另外还有一些很难人为控制和预测的隐性因素,诸如集装箱货柜码放在船上的不同位置、金属货品码放在集装箱内的不同位置、不同种类的包装材料、轮船晃动造成的包装破损等,同样会给锈蚀的发生创造条件,为汽车金属零部件的质量保证带来隐患。锈蚀会导致金属材料使用寿命的缩短、装备生产力的损失、基础设施的恶化等,许多出口产品因在运输过程中发生严重锈蚀而被要求退货或赔偿,甚至造成报废,不仅使企业遭受不必要的经济损失,同时也给企业的声誉造成负面影响[4]

1 海运中不可预见的引发锈蚀可变因素

1. 1集装箱在货船上的不同位置

集装箱在货船上的位置恐怕是最难控制的变量之一,我们几乎不可能预见或控制,但它却会给整个运输过程的环境带来十分重要的影响。通过测量在同一船上运输的多个集装箱,我们发现位于船上不同位置的集装箱之间存在温度差异。如图一中的2号集装箱在整个航行过程中温度变化呈渐变趋势,而1号集装箱则表现出波动跳跃的温度变化。其中1号集装箱装载在货船甲板上,光照直接影响了集装箱的温度变化,而2号集装箱由于被其他集装箱覆盖,自然地控制了它的温度变化。

1.2货物在集装箱内的不同位置

这是一个在未完全填满货物的集装箱内使用温度记录仪监控的控制变量试验。图二详细介绍了三天时间里集装箱内不同位置的记录仪记录的温度变化。在下午,集装箱顶部的温度比底部高出35℉(19℃)。这种现象可以解释为顶部通常比集装箱侧壁接收到更多的光照直射,因而顶部通常是集装箱最热的部分。这就可以解释为什么有时锈蚀零部件多出现在高处的托盘上。

1.3包装容器的不同材料

包装中涉及到的渗透性材料如瓦楞纸盒、纸、垫木等可慢慢地从空气中吸收水分,有效减少海洋运输过程中温度过低时,尤其是夜间,出现冷凝现象。如图三中显示,纤维板箱内的相对湿度要比塑料箱中的相对湿度低。该信息揭示了为什么许多汽车零部件制造商选择从瓦楞纸箱改为可回收的塑料托盘时,包装内会出现凝结现象,并且给金属部件带来锈蚀问题。

2 气相防锈技术简介

   VCI是气相锈蚀抑制剂(VolatileCorrosion Inhibitor)的英文缩写,也叫气相和接触防锈剂(Vapor Phase and Contact Corrosion Inhibitor,VpCI),或气相防锈剂(Vapor Phase Inhibitor,VPI)[5]。它具有像樟脑丸一样的挥发性和一定的蒸气压,当用气相防锈产品保护被包装物以后,防锈产品的防锈粒子气化成气体,能充满密封包装空间,甚至深入至装备元件的缝隙,并以离子形式吸附于金属表面,形成保护膜,切断电子从阳极向阴极的移动,抑制电化学反应的发生,同时也阻挡了一些加速金属腐蚀的物质侵蚀金属表面,以不接触方式防止金属锈蚀[6]。目前常用的气相防锈包装材料一般以气相防锈剂为基础,根据使用条件和环境需要,将其与适当载体相融合,制成各种变型产品,如气相防锈塑料膜、气相防锈纸等[7]

3 气相防锈技术应用于汽车零部件海洋运输中的优势

(1)海运时间较长且航期极易受到天气等因素的影响,这就对防锈包装的有效期提出了更高的要求。由于气相防锈包装中的缓蚀因子持续挥发,防锈周期易掌握,防锈期长,一般一次可封存保护达5年,最长可达 10 年以上[8],例如解放军总后勤部与北方工业集团总公司,1990年在一份专题报告中称:他们对26年前采用防锈纸和亚硝酸二环乙胺粉剂封存的机械进行开箱检查,发现包装的机械仍然光亮无锈。

(2)海上风浪会导致船体晃动,货物无论在甲板或是在货仓中均会随之产生位移,若遇到极端天气或捆扎不够固定极易导致货物倾倒,造成包装破损[9]。由于VCI防锈的密封层内部(因VCI挥发)是正压,当密封层有破损时,外面的水气不会较快地大量进入,同时气相缓蚀剂在不断挥发补充,所以在一定的时间内,仍能维持包装内VCI的浓度和金属表面的保护膜的防蚀能力,降低防锈包装失效的概率。例如在2003年深圳某生产电器设备的公司考虑到使用干燥空气法时经常因密封层破损而发生锈蚀,为保证赴欧洲参展产品不锈,欲改用VCI防锈技术,用前进行了封存对比试验。试验结果指出:“从上次检查结果和最终检查结果可以看出:在包装袋有破口时,VCI组合包装具有比防潮包装更好的防腐蚀作用。因此VCI组合包装特别适用于包装会有破损的情况,反复利用包装的情况等等。”(《海南山根国防科技工业自然环境试验研究中心》实验报告)[10]。除此之外,也可选用具有缓冲效果的气相防锈包装材料对易损部位进行缓冲包装,如气相防锈泡沫、气相防锈珍珠棉等,使得缓冲和防锈的作用同时进行。

(3)海上昼夜温差大,产生冷凝水时有发生。例如白天35℃,当相对湿度为90%时,只要降低3℃,就会达到饱和湿度继而产生冷凝水;当相对湿度为80%时,降低5℃亦可产生冷凝水。使用气相防锈包装的空气中,不单是含有水气,也含有饱和的VCI分子,当形成冷凝水时,因其中也含有VCI,仍具有防锈效果,这与其他防锈方法有所不同[11]

(4)进行气相防锈包装后,其内部的防锈粒子气体扩散量可自动调节,由于VCI具有极低的气化压力,在25℃常温下只有0.2~0.4mmHg(1mmHg=0.133KPa);当温度升高时,气压降低,VCI气体挥发量增大;当温度下降时,气压上升,VCI气体挥发量减少甚至停止[12]但当内外界温差相对稳定的时候,防锈粒子会暂时停止向外挥发,保持一种饱和的最佳防锈状态,直到内外界温差再次起变化时,防锈粒子会再次挥发,从而来自动调节包装物内部的气体浓度,让包装始终处于一种最稳定的防锈状态[13]

(5)由于气相缓蚀剂是自行挥发出具有缓蚀作用气体来延缓金属腐蚀的,因此不受被包装物品几何形状和体积的限制,既可用于结构复杂的汽车发动机等设备,也可用于结构形状比较简单的金属零部件[14]

(6)适用金属范围广。除了单一金属、有色金属外,对多种金属组合件也有良好地气相防锈效果。由高铝瓷、低硅铜、紫铜、黄铜、锌和镍锰等材料组成的汽车发动机上的火花塞[15];同多种金属、镀层、氧化层及涂层组成的发动机,以及机电产品与零部件,气相防锈产品对它们都有良好地适应性和保护性[16]

除了上述针对海上运输的一些独有优势之外,气相防锈包装技术还具有以下几个特点:

(7)环保性强,易处理,施工现场清洁,大部分材料可以反复使用或回收利用;

(8)成本低廉,根据专家分析,其综合成本一般是防锈油脂封存的20%~50%,是干燥空气封装的二分之一到四分之一[17]

(9)使用操作方便,劳动强度小,拆封时间短。金属无需涂油,启封后不需要擦除残留的防锈剂即可使用[18],可省去传统的包装前涂油和使用时清洗除油等繁琐的工艺,使用时随取随用。据资料报导,用油封存的步枪,每启封十支,大约需27个工时进行擦试,而用气相防锈纸包装的步枪,仅用30分种就够了。

4 汽车行业使用气相防锈产品的应用案例

在国内的汽配行业,VCI技术主要应用在一些出口零部件企业、行业代表性企业、三资企业以及其他一些有实力、影响力并希望整体提升产品水平的企业,这些企业使用气相防锈包装的产品主要有活塞环、缸套、增压器、白车身、齿轮、曲轴、刹车盘、发动机整机等。一些知名汽车公司如Chrysler、Honda、Audi、Toyota、Ford等均要求其汽车零部件生产商使用气相防锈产品进行防锈包装[19]



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